zno纳米阵列与聚合物材料复合器件的界面特点和载流子传输机制研究

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1、硕士学位论文ZnO纳米阵列与聚合物材料复合器件的界面特点和载流子传输机制研究Theinterfacecharacteristicsandcarriertransmissionmechanismstudyof‘‘ZnOnanorodsarray／polymer”devices作者：杨一帆导师：赵谡玲北京交通大学2014年3月学位论文版权使用授权书lIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIlY2603540本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，提供阅览服务，并采用影印、缩印或

2、扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：辩醐：叫年岁月加日儿⋯名：纱∽签字日期：伽?垆3月f。日中图分类号：047UDC：XXXX学校代码：10004密级：公开北京交通大学硕士学位论文ZnO纳米阵列与聚合物材料复合器件的界面特点和载流子传输机制研究Theinterfaceeharacteristicsandcarriertransmissionlnech痂smstudyof‘'ZnOnanorodsarray／polymer'’devices作者姓名：杨一帆导师姓名：赵

3、谡玲学位类别：工学学科专业：光学工程学号：11121839职称：教授学位级别：硕士研究方向：平板显示技术与器件北京交通大学2014年3月致谢本论文的工作是在导师赵谡玲教授的悉心指导完成，整个研究生期间，赵谡玲教授科学的工作方法和严谨的治学态度使我得到极大的帮助。在此由衷感谢赵谡玲老师在生活和学习上对本人的关心与指导。徐叙珞院士、徐征教授、张福俊副教授和冀国蕊老师对我研究生阶段的科研工作和学习同样给予了诸多的指导和帮助。生活上给予我很大的关心和照顾，帮我们营造了非常好的学习生活环境。在此向徐叙熔院士、徐征教授、张福俊副教授以及冀国蕊老师表示衷心的感谢。本论文的主要实验工作是在北京

4、交通大学光电子技术研究所完成，实验期间同样得到光电子技术研究所其他老师的热心帮助，他们对我实验实验中出现的问题和论文修改都提出很多的宝贵意见，在衷心感谢光电所的老师们。在办公室工作学习期间，徐欣、孔超、龚伟、王健、闫光、樊星、杨倩倩等师兄师姐，以及高松、刘志民、陈海涛、赵玲、刘志方、崔越、王桎轩等同学对我的研究工作给予了极大地帮助，在此向他们表达我的由衷谢意。另外也要感谢我的家人，他们的理解和支持让我能够在学校顺利完成学业。中文摘要摘要：短波光源在高密度信息存储、光刻技术和照明系统中均有广泛应用，对其性能的要求也越来越高，ZnO的发光波长比GaN更短，发光能量更高，是研究短波发

5、光器件的一颗新星。但由于ZnO存在P型掺杂的世界性难题，所以其电致发光二极管的研究工作进展缓慢。与之相比，由于纳米材料特殊的光、电、磁、力等性能，使得ZnO纳米结构的合成和应用研究越来越广泛。我们课题组利用ZnO纳米阵列与有机材料复合，已经率先开发出一种ZnO的紫外发光器件。但是该工作存在若干问题：①水热法合成ZnO纳米阵列的影响因素很多，仍需完善；②ZnO纳米阵列结构复杂，阵列表面粗糙度大，有机层在它上面的成膜质量不佳；③关于有机无机复合界面研究甚少，导致该器件的载流子输运及发光机理不明确。本文针对以上问题做了如下研究工作。首先，通过对两步低温水热法的工艺研究进一步完善了Zn

6、O纳米阵列的生长参数。实验发现：一、初始阶段较缓慢的升温速度，有利于ZnO纳米阵列的取向性生长，且不会在反应初期就耗尽大量营养液，生长出的阵列单分散性较好，长度也更长。二、衬底晶种面小角度向下倾斜放置，既可以排除自由形核生长的大尺寸氧化锌在阵列表面的沉积附着，又可以摆脱前驱液加热反应过程中生成气体的吸附作用，从而使阵列表面干净平整，利于有机材料的成膜。其次，为了研究ZnO阵列表面有机材料的成膜完整性和器件的载流子输运机理。本文采用多种高分子聚合物与ZnO复合的方式制作器件。实验结果发现聚合物分子式的结构和分子量大小是决定该聚合物是否能完整覆盖阵列表面的关键性因素。分子链尺寸越大

7、且越容易缠连在一起的高分子聚合物，更容易实现阵列表面的完整覆盖。因此我们最终选择聚合物MEH-PPV与ZnO阵列制作成有机无机复合器件，并实现了氧化锌的电致发光，其主要发光峰来源于氧化锌的带边激子辐射，中心波长位于380nm。根据器件的电荷密度分布示意图，得知该器件的载流子是通过尖端隧穿注入的方式实现复合发光。最后，本文对ZnO纳米阵列型薄膜的表面粗糙度和镀膜质量做了一些初步研究。在阵列上镀膜的方式主要有两种，一是直接镀膜。二是填充阵列间隙后镀膜。对这两种模型计算后发现：方法一可以增大器件的